Kamu Yapılarında Beton Dayanımı ve Enine

Yedinci Uluslararası İnşaat Mühendisliğinde Gelişmeler Kongresi, 11-13 Ekim 2006
Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye
Kamu Yapılarında Beton Dayanımı ve Enine Donatının
Performansa Etkisi
Hüseyin Bilgin, H.Baytan Özmen
Pamukkale Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli, Türkiye
Öz
Deprem sonrası muhtemel kullanımlar gözönüne alındığında kamu binaları (hastane,
okul, telekomünikasyon, vb.), olası bir deprem felaketi sonrası ayakta kalması gereken
yapılardır. Özellikle son on yılda ülkemizin yaşadığı depremler, birçok kamu hizmet
binamızın bu gereksinimi sağlamaktan uzak olduğu, hatta içinde çalışan insanlara yeteri
kadar can güvenliği sağlamakta zorlandığını göstermiştir. Son yıllarda kamu yapılarının
deprem risklerinin gözden geçirilerek performanslarının artırılması için gerekli
çalışmalarının yapılması yönünde çabalar başlamıştır. Bu çalışmada, özellikle ülkemiz
kamu yapılarında en sık rastlanabilecek olumsuzluklardan olan düşük beton dayanımı ve
etriye sıklaştırmasının yetersiz oluşunun yapı davranışına etkisi üzerinde durulmuştur.
Bunun için seçilen iki bloklu tip bir hastane binasının 2 farklı beton sınıfı ve 2 farklı
etriye aralığının kombinasyonları göz önüne alınarak doğrusal ötesi modellemesi
yapılmıştır. Doğrusal ötesi statik itme analiz ve performansa dayalı yapı tasarımı
yaklaşımı ile Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmeliğe eklenen yeni
bölümde öngörülen kriterler kullanılarak, farklı beton sınıfları ve etriye aralıkları için
performans değerlendirmesi yapılmış, projelerin zayıf noktaları üzerinde durulmuştur.
Anahtar sözcükler : Beton dayanımı, doğrusal ötesi statik analiz, performans esaslı yapı
mühendisliği, sargılı beton davranışı, tip kamu yapıları.
Giriş
Ülkemizde son 15 yılda meydana gelen depremlerde oluşan ekonomik zarar ve can
kayıpları, yapılarımızın mevcut durumlarının değerlendirilerek gerekli önlemlerin
alınması ihtiyacını ortaya çıkarmıştır (Bağcı ve diğ, 2003; Sezen ve diğ., 2003).
Özellikle yaşanan son depremler göstermiştir ki; mevcut betonarme yapıların önemli bir
bölümü 1998 yılında yürürlüğe giren Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında
Yönetmelik (ABYYHY-98) tarafından tanımlanan düzeyde deprem güvenliğine sahip
değildir. ABYYHY–98 yılında değiştirilerek yüklerin artması ve betonarme binaların
sünekliğini sağlayacak şartlar öngörmesine karşın, 1998 öncesi yapılan kamu binaları
olası bir deprem durumunda, içinde bulunanlara yeteri kadar can güvenliği sağlamakta
1
zorlanmaktadır. Proje ile uygulama arasında beton kalitesi, donatı miktarı ve
detaylandırılmasında farklılıklar bulunması bunun başlıca nedenleri arasındadır. Yapı
deformasyon kapasitesini büyük ölçüde belirleyen bu parametreler özellikle gerekli
yanal dayanımın çok altında dayanıma sahip mevcut binaların sismik performansı
üzerinde önemli etkiye sahiptir.
Fonksiyonlar ve deprem sonrası muhtemel kullanımlar gözönüne alındığında kamu
binaları (telekomünikasyon, hastane, okul, vb.), olası bir deprem felaketi sonrası ayakta
kalması gereken yapılardır. Bu nedenle, bu tür yapıların öncelikli olarak ele alınması
gerekmektedir. Kamu binalarının birçoğu tip projelerden oluşmaktadır. Bunun bir
avantaj haline dönüştürülmesi için çok yaygın olarak kullanılan tip projeler üzerinde
çalışmalar yapılarak proje eksiklikleri belirlenip, inceleme sırasında öncelik
sınıflandırılmasına gidilebilir. Bu çalışmada, Bayındırlık ve İskan Bakanlığının hastane
binalarında kullandığı tip projelerden 11276 tip nolu proje seçilerek, doğrusal ötesi
modelleme teknikleri kullanılarak deprem davranışı açısından performansı
değerlendirilmiştir. Seçilen tip proje, 1. derece deprem bölgesinde yaygın olarak
kullanılan projeler arasındadır.
2005 yılı ortalarında taslak olarak gündeme gelen Afet Yönetmeliğine mevcut binaların
değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi için yeni bir bölüm eklenmiş (ABYYHY Taslak 1,
2005), daha sonraki ikinci çalışmada 7. bölüm olarak yayınlanmıştır; (ABYBY Final,
2006). Bu makaledeki çalışmanın eklenen yeni bölümde bahsedilen “Artımsal İtme
Analizi” ’nin uygulama örneği olması nedeniyle yararlı olacağı düşünülmektedir. Taslak
Yönetmelikten önce başlayan bu çalışmada kullanılan kriterler, Taslak Afet
Yönetmeliğindeki kriterlerle oldukça benzerlik göstermektedir. Tip hastane binalarının
deprem güvenliği, 2006 Afet Yönetmeliği’nde verilen deprem etkileri ve hedeflenecek
performans düzeyleri esas alınarak irdelenmiştir.
Çalışmanın Amacı ve Kullanılan Yöntem
Çalışmanın amacı, kamu yapılarında yaygın kullanılan tip projeli binalardan 11276
no’lu iki bloklu bir tip hastane binasında uygulamada karşılaşılabilecek beton basınç
dayanımları ve etriye sıklıkları dikkate alınarak doğrusal ötesi analizlerle performans
değerlendirmesini yapmak, eksikleri belirleyip çözüm önerileri sunmaktır. Doğrusal
ötesi davranış, uygulama ve araştırma çevrelerinde yaygın olarak kullanılan artımsal
itme analizi ile ifade edilmiştir.
Yapıların doğrusal ötesi davranışı her bir elemanın doğrusal ötesi davranışının dikkate
alınmasıyla elde edilmiştir. Elemanlara ait doğrusal ötesi davranış parametreleri, bu
davranışın eleman uçlarında yoğunlaşacağı varsayımına dayanan yığılı plastik davranış
hipotezi” kullanılarak hesaplanmıştır (Şekil 1). Bu hipotez uyarınca kiriş, kolon ve
perde türü taşıyıcı sistem elemanlarındaki plastik şekil değiştirmelerin, iç kuvvetlerin
kapasitelerine eriştiği sonlu uzunluktaki bölgeler boyunca düzgün yayılı biçimde
meydana geleceği varsayılabilir. Eğilme davranışının hakim olmasından ötürü bu bölge
plastik mafsal boyu (Lp) olarak adlandırılır. Yığılı plastik davranışı karakterize eden
plastik mafsal, bu bölgenin tam ortasında noktasal bir eleman olarak idealleştirilebilir.
Tipik bir elamanın doğrusal ötesi davranışı Şekil 2’de gösterilen kuvvet-deformasyon
eğrisi ile ifade edilebilir (FEMA-356, 2000). Bir elemanın davranışının ifade
edilebilmesi, eğri üzerindeki bazı noktaların (B, C, ve E gibi) belirlenmesi ile mümkün
olur. Bunun için SAP2000’de kolay olması nedeniyle çoğunlukla tercih edilen otomatik
2
mafsal yerine, her bir eleman için oluşturulan kullanıcı tanımlı mafsallar tercih edilmiş
ve plastik mafsal özellikleri; eleman boyutları, boyuna donatı ve sargı donatısı oranları
kullanılarak sargılı beton davranışının dikkate alınmasıyla elde edilmiştir. Sargılı beton
davranışının modellemesi, Mander beton modeli ile yapılmıştır (Mander ve diğ, 1988).
Eleman uçlarında eğilme, kesme ve eksenel yük ile ilgili mafsallar tanımlanmıştır.
Özellikle etriye aralığının yeterli sıklıkta olmadığı yapılarda kesme hasarlarının
oluşabileceği göz önünde bulundurulmuştur
H
P
∆y ∆p
θp
LP
Mu My
φu
φy
Şekil 1. Yığılı plastik davranış hipotezi.
Artımsal itme analizi için oluşturulan modellerde FEMA-356 (2000) ve ATC-40 (1996)
dokümanlarından faydalanılmıştır. Modelleme aşamasında SAP2000 yapısal analiz
programı kullanılmıştır (CSI, 2002). Analizlerde ABYBHY 2006’da verilen şekilde
çatlamış kesit rijitlikleri dikkate alınmıştır. Artımsal itme analizinde kullanılan yükleme
şekli, toplanmış kat kütleleri ve dinamik analizden elde edilen mod şekliyle (x- ve yyönlerinde) orantılı olarak kat hizalarında uygulanmıştır.
Şekil 2. Tipik bir eleman için doğrusal ötesi kuvvet-deformasyon ilişkisi.
Analizler sonucunda binalara ait kapasite eğrileri elde edilmiştir. Mevcut binaların
deprem güvenliği, Afet Yönetmeliği’nde verilen deprem etkileri ve hedeflenen
performans düzeyleri esas alınarak irdelenmiştir (ABYBHY Final, 2006). Binaların
genel davranışı üzerinde durulmuş ve kat mekanizmaları, kesme kırılmaları gibi
davranışların oluşup oluşmadığı kontrol edilmiştir.
Taşıyıcı Sistem ve Malzeme Özellikleri
Çalışmada kullanılan 11276 tip nolu proje Bayındırlık ve İskân Bakanlığı tarafından
birçok bölgede yaygın olarak uygulaması yapılmış iki bloklu bir devlet hastanesi
binasıdır. A- ve B- blok olarak inşa edilen bina taşıyıcı sistemleri, her iki yönde de
çerçevelerden oluşmaktadır. Çalışmada kullanılan tip projelere ait plan ve 3-Boyutlu
görüntüler, Şekil 3 ve 4’te verilmiştir. Plan görünüşü üzerinde kolonlar koyu renk,
3
kirişler açık renk olarak gösterilmiştir. Her iki binaya ait geometri ve malzeme
özellikleri ile dinamik analizden elde edilen tanımlayıcı özellikler Tablo 1.’de
verilmiştir.
Tablo 1. Tip Projelere ait yapısal özellikler
Projelere Ait Özellikler
Kat adedi
Normal kat yüksekliği (m.)
Normal kat alanı (m2)
Yapı ağırlığı (ton)
Beton sınıfı
Çelik sınıfı
X- yönü doğal titreşim periyodu (sn.)
Y- yönü doğal titreşim periyodu (sn.)
11276 A Blok
4
3.2
560
2944
BS10, BS16
S220
0.55
0.54
11276 B Blok
3
3.2
350
1211
BS10, BS16
S220
0.43
0.42
a)
b)
Şekil 3.11276 tip nolu hastane binası A Blok; a)Plan, b)3B görünüm.
a)
b)
Şekil 4. 11276 tip nolu hastane binası B Blok; a)Plan, b)3B görünüm.
Denizli, Muğla ve Aydın illerinde bulunan 16 kamu binasına ait 34 bloğun genel yapı
stokunda karşılaşılabilecek aralığı temsil ettiği düşünülmüştür. Binalar eğitim ve sağlık
kurumlarından oluşmaktadır (Kaplan ve diğ, 2004-2005). Bu yapıların incelenmesi
sonucunda bu çalışmada kullanılmak üzere beton sınıfı BS10 ve BS16, etriye aralıkları
ise kolon ve kiriş uçlarında 15 ve 25 cm olarak belirlenmiştir.
Yapıların Analitik Modellemesinde Kullanılan Malzeme Modelleri ve
Diğer tasarım Parametreleri
4
Yapıların uygulama projeleri Isparta Bayındırlık ve İskan Müdürlüğü arşivlerinden
tedarik edilmiştir. Sisteme etkiyen yüklerin tanımlanmasında TS 498 yük yönetmeği
kullanılmıştır (1987). Bina ağırlıkları, döşeme kalınlıkları ve üzerlerine 10 cm kaplama
kabulü yapılarak hesaplanmıştır.
Plastik mafsal özellikleri, kesitte bulunan boyuna ve enine donatı miktarları dikkate
alınarak hesaplanmıştır. Kolon ve kiriş elemanlar için M-φ özelliklerinin hesabında
Mander sargılı beton modeli kullanılmıştır (Mander ve diğ., 1988). S220 sınıfı için
yaygın kullanılan ikinci derece parabolik σ-ε modeli esas alınmıştır. Pekleşmeli ikinci
derece parabolik modelde pekleşmenin başladığı şekil değiştirme değeri 0.01 olarak
dikkate alınmıştır. Plastik mafsal boylarının hesabında (1) numaralı denklem
kullanılmıştır (Priestley ve diğ.,1996);
Lp=0.08 L0 + 0.022 fsydbl ≥ 0.044 fsydbl (MPa)
(1)
Lp =plastik mafsal boyu, L0= moment sıfır noktası-plastik mafsal arası mesafe, fsy =yanal donatı akma
dayanımı, dbl=boyuna donatı çapıdır.
Moment Mafsallarının Tanımlanması
SAP2000 programında mafsallar Şekil 2’de tanımlanan kuvvet-deformasyon eğrisi
üzerinde idealleştirilen beş nokta ile tanımlanmaktadır. Bu çalışmada, kolon ve kirişler
için; kesitin akma noktası olan “B” noktası, M-φ grafiğinin eğiminden, “C”, “D” ve “E”
noktaları da beton basınç-şekil değiştirme ve çekme donatısındaki şekil değiştirme
değeriyle tanımlanmıştır. Beton basınç deformasyonu (εcu) kriteri için, en üst çekirdek
beton lifi şekil değiştirme değerinin hesaplanması için önerilen ve kabul görmüş (2)
nolu formül kullanılmıştır (Priestley ve diğ., 1996). Ayrıca beton basınç şekil değiştirme
değerinin “C” noktası için, 0.02 ve “E” noktası için de, 0.03 değerini aşmaması ek kriter
olarak eklenmiştir. Kolon ve kiriş elemanlarda donatı çekme deformasyonları için iki
değişik sınır dikkate alınmıştır. Kolon ve kirişlerde “C” noktasında en alt çekme
donatısında maksimum şekil değiştirme kapasitesinin %50’sine (0.5εcu) ulaşmasına izin
verilmiştir (Priestley, 2000). Her iki eleman için de, herhangi bir donatının kopması
(εs=εsu) “E” noktası olarak kabul edilmiştir.
ε cu = 0.004 +
ε cu =
1.4 ρ s f yh ε su
(2)
f cc
Kesitin en dış lifindeki beton basınç birim şekil değiştirmesi,
Çeliğin akma dayanımı,
ρs =
Donatı hacimsel oranı, fyh=
ε su =Donatı birim şekil değiştirmesi, fcc= Sargılı beton dayanımı.
Deplasman kapasitesinin belirlenmesinde dolaylı olarak etkili olan moment taşıma
kapasitesindeki ciddi düşüşler ek kriter olarak alınmıştır. “C” noktasının
tanımlanmasında moment kriteri olarak, moment kapasitesindeki düşüş %30, “E”
noktasında bu azalma %40 olarak sınırlandırılmıştır.
Moment mafsallarına ek olarak, kolon ve kirişlerde kesme mafsalları da tanımlanmıştır.
Moment mafsallarından farklı olarak, kesme mafsallarında herhangi bir süneklik
hesaplanmamış, elemanların kesme kapasitelerine ulaşır ulaşmaz göçme konumuna
ulaştığı varsayılmıştır. Kesme kapasiteleri TS500’ e göre hesaplanmıştır (TS500, 2000).
5
Binaların deprem performanslarının değerlendirilmesi için gerekli olan yapı
elemanlarının hasar sınırlarının tanımlanmasında Vision 2000 esas alınarak plastik
deformasyon kapasitesinin yüzdesi olarak ifade edilmiştir (Vision2000, 1995). Plastik
deformasyonun %10’u Minimum Hasar Sınırı (MN), %60’ı Güvenlik Sınırı (GV) ve
%90’ı da Göçme Sınırı (GÇ) olarak ifade edilmiştir. Söz konusu sınırlar Şekil 2.’de
gösterilen tipik eleman için doğrusal ötesi kuvvet-deplasman ilişkisi üzerinde
işaretlenmiştir.
Bina Kapasite Eğrileri
Taban Kesme Kuvveti / Bina Sismik Ağırlığı (V/Wsismik)
Her iki yapıya ait farklı beton basınç dayanımları ve etriye aralıkları dikkate alınarak
elde edilen kapasite eğrileri Şekil 5 ve Şekil 6’da verilmiştir. Şekillerde düşey ve yatay
eksenin daha anlaşılır olması için taban kesme ve çatı katı yerdeğiştirmesi yerine, taban
kesme kuvveti sismik ağırlık, çatı katı yerdeğiştirmesi de bina yüksekliği ile normalize
edilmiştir. 2006 Afet Yönetmeliği’nde hastane binaları için iki performans düzeyi
hedeflenmiştir. Her bir durum için “can güvenliği” (CG) ve “hemen kullanım” (HK)
ABYBHY 2006 performans noktaları grafikler üzerine işaretlenmiştir.
0.2
0.2
0.1
0
0.00
0.50
1.00
1.50
BS10-S25 (HK)
BS10-S25 (CG)
BS16-S25 (HK)
BS16-S25 (CG)
2.00
0.0
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0.2
0.2
BS10-S15 (y)
BS16-S15 (y)
BS10-S15 (HK)
BS10-S15 (CG)
BS16-S15 (HK)
BS16-S15 (CG)
0.1
0
0.00
BS10-S25 (x)
BS16-S25 (x)
0.1
BS10-S15 (x)
BS16-S15 (x)
BS10-S15 (HK)
BS10-S15 (CG)
BS16-S15 (HK)
BS16-S15 (CG)
0.50
1.00
1.50
BS10-S25 (y)
BS16-S25 (y)
BS10-S25 (HK)
BS10-S25(CG)
BS16-S25 (HK)
BS16-S25 (CG)
0.1
2.00
0
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
Çatı Katı Yerdeğiştirmesi / Bina Yüksekliği (%)
Şekil 5. 11276 tip nolu hastane binası A Blok; değişik beton basınç dayanımları
ve etriye aralıkları için x- ve y- doğrultusu kapasite eğrileri.
A blok için x- yönünde beton sınıfının kötü etriye aralığının da seyrek olduğu BS10-S25
durumunda ikinci kat kolonlarında kesme kırılmasına rastlanmakta ve yatay yük taşıma
kapasitesinde büyük kayıp meydana gelmektedir. Dolaysıyla da deplasman kapasitesi
bu durum için diğerlerine göre oldukça düşük seviyede kalmaktadır. Bu durum Şekil
5’teki grafikte açıkça görülmektedir. Kolonların uzun yönlerinin daha çok binanın kısa
yönünde yerleştirilmesi ve ikinci kata geçişte kolon boyutlarında küçültme yapılması
yapının x- yönündeki kapasiteleri üzerinde olumsuzluklara sebep olmaktadır. Bununla
birlikte, y- yönünde BS10-S25 durumunda ikinci kat kolonlarında yumuşak kat olma
durumu sözkonusudur. Aynı durum BS10-S15’te üçüncü kat kolonlarında oluşmaktadır.
6
Taban Kesme Kuvveti / Bina Sismik Ağırlığı (V/Wsismik)
0.4
0.4
BS10-S15 (x)
BS16-S15 (x)
BS10-S15 (HK)
BS10-S15 (CG)
BS16-S15 (HK)
BS16-S15 (CG)
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0.00
0.75
1.50
2.25
0.0
0.00
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0
0.00
0.75
1.50
0.75
1.50
2.25
BS10-S25 (y)
BS16-S25 (y)
BS10-S25(HK)
BS10-S25(CG)
BS16-S25(HK)
BS16-S25(CG)
0.2
BS10-S15 (y)
BS16-S15 (y)
BS10-S15 (HK)
BS10-S15 (CG)
BS16-S15 (HK)
BS16-S15 (CG)
0.1
BS10-S25 (x)
BS16-S25 (x)
BS10-S25 (HK)
BS10-S25 (CG)
BS16-S25 (HK)
BS16-S25 (CG)
0.1
2.25
0
0.00
0.75
1.50
2.25
Çatı Katı Yerdeğiştirmesi / Bina Yüksekliği (%)
Şekil 6. 11276 tip nolu hastane binası B Blok; değişik beton basınç dayanımları
ve etriye aralıkları için x- ve y- doğrultusu kapasite eğrileri.
B blok da, kolonların uzun yönlerinin daha çok y- yönünde yerleştirilmesi binanın xyönünün zayıf olmasına sebep olmuştur. Özellikle etriye aralığının ve beton
dayanımının düşük olduğu durumlarda bu yönde kesme kırılmaları oluşmaktadır (Şekil
6.). Kolonların güçlü yönlerinin y- yönünde olması bu yöndeki dayanım ve deplasman
kapasitesinin x-‘e göre nispeten iyi olmasını sağlamıştır.
Tablo 2. Afet Yönetmeliği Bölüm 7.7'ye göre nihai deplasman değerleri ve oranları (%).
Blok
No
A
B
Beton sınıfı
etriye aralığı
BS10-S15
BS10-S25
BS16-S15
BS16-S25
BS10-S15
BS10-S25
BS16-S15
BS16-S25
X- yönü
HK
∆çatı/Hbina
0.27
0.17
0.34
0.24
0.21
0.16
0.33
0.22
Oran
%
79
50
100
70
64
48
100
67
Y-yönü
CG
∆çatı / Hbina
0.33
0.27
0.54
0.36
0.27
0.20
0.50
0.22
Oran
%
61
50
100
67
54
40
100
44
HK
∆çatı / Hbina
0.26
0.11
0.28
0.20
0.30
0.19
0.35
0.21
Oran
%
93
39
100
71
86
54
100
60
CG
∆çatı / Hbina
0.28
0.22
0.47
0.26
1.36
1.14
1.70
1.30
Oran
%
60
47
100
55
80
67
100
76
Tablo 2’de Afet Yönetmeliği Bölüm 7.7’ye göre her iki bloğun hemen kullanım ve can
güvenliği şartlarını sağladıkları nihai deplasman değerleri ve bu değerlerin en iyi durum
olan BS16-S15’e oranları verilmiştir. Tabloda etriye aralığı ve beton sınıfının
deplasman kapasitesi üzerindeki etkileri açıkça görülmektedir.
Tip Projelerin Yeni Afet Yönetmeliğine Göre Deprem Performansları
Artımsal itme analizi sonucu elde edilen kapasite eğrileri ile performans düzeylerine
karşı gelen deprem talepleri kullanılarak yerdeğiştirme istemleri ABYYHY 2006’ya
göre belirlenmiştir. Bunun için binaların gözönüne alınan yönlerdeki birinci mod
7
periyotlarının hakim periyot olduğu kabulü yapılmıştır. Elde edilen yerdeğiştirme
istemleri Tablo 3’de özetlenmiştir.
İncelenen hastane binaları için Hemen Kullanım ve Can Güvenliği durumlarına karşılık
gelen yerdeğiştirme istemlerindeki performans değerlendirmeleri Tablo 4’de
özetlenmiştir. Tabloda görülen tip proje isimlerinde ilk kısım proje nosu, BS’li ifade
beton sınıfını, S sonrası etriye aralığın (cm) ve son harf binanın incelenen yönünü ifade
etmektedir. BH: Belirin Hasar Bölgesi, CG: Can güvenliği.
Tablo 3. Tip projeli binalara ait Hemen Kullanım (HK) ve Can Güvenliği (CG)
durumları için yerdeğiştirme istemleri.
Tip Proje
11276 A Blok
11276 B Blok
Yön W (ton)
X
Y
X
Y
2944
2944
1211
1211
Modal katkı Etkin Kütle
çarpanı, PF1 oranı, α1
1.31
1.33
1.31
1.32
0.79
0.78
0.84
0.85
Performans Noktası,
∆çatı / Hbina (%)
HK
CG
1.27
1.91
1.28
1.92
1.20
1.80
1.18
1.76
Tablo 4. Hemen Kullanım (HK) ve Can Güvenliği (CG) durumu değerlendirmesi.
Hemen Kullanım (HK)
Tip Proje
Uygunluk
(A)-BS10 S25-X
(A)-BS16 S25-X
(A)-BS10 S15-X
(A)-BS16 S15-X
(A)-BS10 S25-Y
(A)-BS16 S25-Y
(A)-BS10 S15-Y
(A)-BS16 S15-Y
(B)-BS10 S25-X
(B)-BS16 S25-X
(B)-BS10 S15-X
(B)-BS16 S15-X
(B)-BS10 S25-Y
(B)-BS16 S25-Y
(B)-BS10 S15-Y
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
(B)-BS16 S15-Y
Değil
Can Güvenliği (CG)
Açıklamalar
Uygunluk Açıklamalar
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
Kirişlerin %10’dan fazlası BH’yi geçiyor.
5 adet orta aks kolonu göçüyor.
4 adet kiriş göçme bölgesindedir.
2 adet kiriş göçme bölgesindedir.
2 adet kiriş göçme bölgesindedir.
1 adet kiriş göçme bölgesindedir.
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Değil
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Deplasman talebine ulaşılamamıştır.
Tüm 2.kat kolonları göçüyor.
23 adet 2.kat kolonu göçme bölgesinde.
24 adet kolon göçme bölgesindedir.
Tüm 2.kat kolonları göçüyor.
5 kolon, 5 adet kiriş göçme bölgesinde.
Alt ve üst kesiti minimum sınır aşmış
kolonların taban kesmesi o kattakilerin
%30 ‘unu aşıyor.
Tablodan 4’ten de görüleceği üzere; her iki yapı da hiçbir durumda Afet yönetmeliğine
eklenen yeni bölüm performans kriterlerini sağlayamamaktadır. Özellikle A blok
modellerinde her iki yönde de ciddi yetersizlikler mevcuttur. İki bloğun da her iki yönde
çerçeveli taşıyıcı sisteme sahip olması ve yatay dayanımının düşük olması nedeniyle
yetersiz eleman sayısı oldukça fazladır.
İncelenen binalar projede öngörülen beton sınıfı (BS16) ve etriye aralığına (15 cm.)
uygun olarak inşaa edilse dahi, 2005 Taslak Afet Yönetmeliği’nde öngörülen
performans düzeylerini sağlamamaktadır. Bu, 1975 Afet Yönetmeliği’ne göre tasarlanan
binalar için zaten beklenen bir durumdur. Eleman deformasyon kapasitesi üzerinde
büyük etkiye sahip etriye aralığının, 15 cm gibi büyük bir değerde olması ve eski
yönetmeliğin daha düşük bir yatay dayanım öngörmesi bunun önemli nedenlerindendir.
8
Genel Sonuçlar
Mevcut binaların değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi ile ilgili çalışmalara katkıda
bulunmak amacıyla Bayındırlık ve İskan Bakanlığının 1. derece deprem bölgelerinde
yaygın olarak kullandığı 11276 nolu tip projeler incelenmiştir. Bu projelerin
incelenmesinde (ABYBHY) 2006 Final versiyonuna eklenen “Mevcut Binaların
Değerlendirilmesi ve Güçlendirilmesi” bölümünde yer alan doğrusal ötesi statik analiz
yöntemleri ve deprem performansının belirlenmesi ilkeleri kullanılmıştır. Yönetmelikte
öngörülen performans düzeylerinin sağlanıp sağlanmadığı ve binaların zayıf noktaları
ile ilgili bulgular aşağıda özetlenmiştir.
1. Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümünde Aydın, Denizli ve Muğla
illerinde incelenen 16 kamu binasına ait toplam 34 bloğun karot ve test çekici
okumaları esas alınarak, %90 güvenli yönde kalmak için Student-t dağılımı
kullanılarak hesaplanan beton basınç dayanımının yaklaşık olarak BS10 sınıfı
betonu temsil ettiği tespit edilmiştir. İncelenen kamu yapılarında açılan elemanlarda
gözlenen etriye aralıklarının genel olarak 15 cm ile 25 cm arasında değiştiği zaman
zaman 25 cm değerinin aşıldığı gözlenmiştir.
2. Özellikle yanal donatı miktarının az olduğu ve/veya beton basınç dayanımın düşük
olduğu yapılarda kesme kırılmasının kritik olabileceği ve bu nedenle hesaba
katılması gerektiği belirlenmiştir.
3. Katlar arası kolon boyutlarının çok farklı olması ara kat mekanizması
oluşturabilmektedir. Ara kat mekanizması oluşmasının dayanım ve deplasman
kapasiteleri üzerinde olumsuz etkileri vardır. (Şekil 5 ve 6.).
4. Beton sınıfının ve etriye aralığının deplasman kapasitesi üzerinde oldukça ciddi
etkisi vardır. Beton basınç dayanımının azalması veya etriye miktarının düşmesi
deplasman kapasitesini %60’a varan oranda azaltabilmektedir. (Tablo 2)
5. ABYYHY 75’e göre yapılan binalarda öngörülen düşük yatay dayanım nedeniyle
büyük deplasman istemleri ile karşılaşılmaktadır. Bu yapılar özellikle etriye
aralığının yetersiz olduğu durumlarda öngörülen güvenlik seviyelerini karşılamaktan
oldukça uzaktır (Tablo 3 ve Tablo 4).
6. Kamu yapılarının özelliklerine bakıldığında genellikle dikdörtgen şeklinde olup tüm
veya çoğu kolonun uzun boyutunun yapının kısa yönünde olduğu dikkat
çekmektedir. Bu duruma sadece bu çalışmadaki tip projelerde değil, Pamukkale
Üniversitesi tarafından incelenen diğer birçok kamu yapısında da rastlanmıştır.
Yapılan analizler sonucunda bu uygulamanın oldukça yanlış olduğu belirlenmiştir.
Bu şekilde yapılan binaların uzun yönlerine gelen yatay yükler altında kolonların
kısa tarafı çalışmaktadır. Bu yönde düşük moment kapasitesine sahip kolonlar
kirişlerden önce akarak zayıf kolon-kuvvetli kiriş mekanizmasında yol açmaktadır.
Bu sebeple yapıların uzun yöndeki süneklik değerleri düşük olmaktadır.
Sonuç olarak;
• Kolonların uzun boyutunun kısa yönde yerleştirilmesi sonucu binanın uzun
yönündeki süneklik değerleri düşmektedir. Ayrıca zayıf kolon-kuvvetli kiriş
mekanizmasına sebep olan bu durumu önlemek için kolonların iki yönde de dengeli
biçimde dağıtılması,
• Ara kat mekanizmalarını tetikleyen ani kolon boyutu değişikliklerinden kaçınılması
ve okul binalarının az katlı olması nedeniyle kolon boyutlarının küçültülmemesi,
• Büyük rijitlik ve dayanımları nedeniyle deplasman istemlerini azaltarak çeşitli
9
süneklik kusurlarının etkilerini düşüren perde duvarların kamu yapılarında her iki
yönde yeterli seviyede kullanılması önerilmektedir.
Bu çalışmada elde edilen bulgular incelenen tip projelerin Taslak Yönetmelik
performans düzeylerini karşılayabilir hale getirilmesi için yapılacak güçlendirme
çalışmalarında kullanılabilir.
KAYNAKLAR
Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik-1998 (ABYYHY-1998).
Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik-Taslak 1, 2005 (ABYYHY2005 Taslak-1).
Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik Final, 2006 (ABYYHY2006 Final).
ATC-40, 1996. Applied Technology Council, “Seismic Evaluation and Retrofit of
Concrete Buildings”, Vol 1. Washington, DC.
CSI, SAP2000 V-8, 2002. Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures
Basic Analysis Reference Manual, Computers and Structures, Inc., Berkeley,
California, USA.
FEMA-356, 2000. Prestandart and Comentary for the Seismic Rehabilation of Buildings,
prepared by American Society of Civil Engineers for the Federal Emergency,
Washington, D.C.USA.
Bağcı, G., Yatman, A., Özdemir, S., Altın, N., 2003. Destructive Earthquakes in Turkey,
http://www.deprem .gov.tr/reports.html
Kaplan H. ve diğ. Aydın, Denizli ve Muğla illerinde bulunan kamu binalarına ait
Depremsellik
İnceleme Raporları, Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği
Bölümü, Denizli, 2004-2005.
Sezen, H., Whittaker, A., Elwood. K. J.,Mosalam. K. M., 2003. Performance of
Reinforced Concrete Building During the August 17 1999 Kocaeli, Turkey
Earthquake, and Seismic Design and Construction Practice in Turkey, Engineering
Structures; Vol. 25, pp.103-114.
Mander, J.B., Priestley, M.J.N, Park, R., 1988. Theoretical Stress-Strain Model for
Confined Concrete, ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 114, pp.18041826.
Priestley M.J.N, Seible F, Calvi G.M.S. Seismic Design and Retrofit of Bridges, John
Wiley & Sons, Inc., New York, 1996.
Priestley, M. J. N., 2000 Performance Based Seismic Design. Proceedings. 12 th World
Conference on Earthquake. Engineering, New Zealand, Paper No: 2831.
TS 498, Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri,
Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1987.
TS-500, Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü,
Ankara, 2000.
Vision 2000, Soulages, J., ed. Performance Based Seismic Engineering of Buildings.
Sacramento, CA, 2 vols, April 3, 1995.
10